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基于等声程聚焦算法的超声相控阵检测新技术

陈伟，林丹源，杨贵德，詹红庆，陈建华
（广东省超声电子重点工程技术研究开发中心，汕头515041）
摘要：超声相控阵技术通过对超声阵列换能器各阵元进行相位控制，能获得灵活可控的合成波束，进行
动态聚焦、成像检测，能够提高检测灵敏度、分辨力和信噪比。本文在研究超声相控阵换能器声场的偏转
和聚焦特性基础上，基于ASTM推荐试块与实验标准E2491-06，设计了等声程聚焦模型，并给出了扇形
偏转非聚焦以及扇形偏转等声程聚焦的检测成像结果。实验结果表明，等声程聚焦算法有效的检出了材料
中的缺陷，具有很好的分辨率和信噪比，能够比较真实的反映材料内部缺陷的相对位置和大小。
关键词：相控阵；相位控制；合成波束；扇形偏转；等声程聚焦
ANewDefectDetectionMethodofUltrasonicPhasedArray

BasedonConstantSoundPathFocusingAlgorithm

CHENWei,LINDan-Yuan,YANGGui-De,ZHANHong-Qing,CHENJian-Hua
(KeyEngineeringTechnologyResearchandDevelopmentCenterofGuangdongProvince
UltrasonicElectronics,Shantou515041)
Abstract:Bythecontrolofelementphaseoftheultrasonictransducerarray,flexibleandcontrollablesynthesis
beamcanbeobtainedtoimplementdynamicfocusingandimagingdetection.Higherdetectionsensitivity,
resolutionandSNRwillbeachieved.Onthebasisofdeflectionandfocusingpropertiesresearchoftheultrasonic
arraytransducersoundfield,theconstantsoundpathfocusingmodelisdesignedbasedonASTMrecommended
testblockandtheE2491-06experimentalstandard,andtheimagingdetectionresultsofsectorialscannon-focus
methodandsectorialscanconstantsoundpathfocusingmethodareprovided.Experimentalresultsshowthatthe
constantsoundpathfocusingalgorithmeffectivelydetectedthedefectsofthematerial.IdealresolutionandSNR

areachievedtoclearlyreflectiontherelativepositionandthesizeofthedefectsinthematerial.
Keywords:Phasedarray;Phasecontrol;Syntheticbeam;Sectorialscan;Constantsoundpathfocus

活跃，而国内在此方面的相关研究还很薄弱
引言
0的局面，现阶段开展相控阵超声检测技术的
近年来国外的相控阵技术发展迅速，在研究有着非常重大的意义[2]。
医学诊断和工业检测方面的研究非常活跃。超声相控阵换能器由多个相互独立的
一些公司如R/DTECH、SIMENS及压电晶片组成阵列,按一定的规则和时序用
IMASONIC还推出了商品化相控阵超声工电子系统控制激发各个晶片单元,来调整声
业检测系统[1]。而在国内，超声相控阵技术束的偏转，焦点的位置和聚焦的方向[3]。对
上的研究应用尚处于起步阶段，主要集中于于外形复杂，具有不规则的曲面的被检对
医疗领域，在工业检测方面还非常落后，主象，传统的超声检测非常困难。在单探头的
要的设备都依赖于进口，研究远远落后于应情况下，发射的超声波束的方向无法控制，
用。鉴于超声相控阵技术在国际上研究非常常常遇到异界面的反射，需要改变探头的位
置方向，定位困难，可行性差[4]。如果采用
作者简介：陈伟（1962—），男，工程师，汕相控阵超声，可以灵活的改变波束传播的方
头超声电子股份有限公司仪器分公司总经理兼技
术开发中心技术总监，主要从事超声模拟电路设计向，调节焦点的深度和位置，在不移动或者
及信号处理方面的研究。少移动探头的情况下，方便的对复杂几何外
[5]
形